Hliníkové slitiny ve vlastním mechanickém návrhu – klíčové materiály, vlastnosti a aplikace

Základní výhody hliníkových slitin ve výrobním konstrukčním návrhu

• Lehká a vysoce pevná : S hustotou přibližně 2,7 g/cm³ má hliník pouze jednu třetinu hustoty oceli. Přestože je lehký, díky slitinám a tepelnému zpracování lze výrazně zvýšit jeho pevnost, což umožňuje vývoj lehkých zařízení bez narušení strukturální integrity.
• Vynikající odolnost proti korozi : Na povrchu hliníkových slitin se přirozeně vytváří hustá vrstva oxidu, která poskytuje vnitřní ochranu proti oxidaci, kyselinám a zásadám. Tato vlastnost je činí vhodnými pro použití v náročných prostředích, jako je vlhkost a expozice chemikáliím.
• Vynikající zpracovatelnost : Hliníkové slitiny jsou velmi tvárné a lze je zpracovávat litím, tvarováním, válcováním, svařováním a obráběním. Tato flexibilita umožňuje vytváření složitých tvarů a konstrukcí, které vyhovují rozmanitým nárokům na návrh speciálních strojů.
• Účinná tepelná a elektrická vodivost : Pokud jde o tepelnou vodivost, hliníkové slitiny vyhrávají druhé místo hned po mědi a jsou ideální pro výrobu komponent pro odvod tepla, jako jsou chladiče a tepelné výměníky. Jejich dobrá elektrická vodivost je také činí vhodnými pro elektrické a elektronické díly.
• Různé možnosti povrchových úprav : Hliníkové slitiny mohou být upraveny anodizací, elektroforézou, nástřikem práškového nátěru, pískováním a tvrdou anodizací. Tyto úpravy nejen zvyšují odolnost proti opotřebení a korozní odolnost, ale také zlepšují estetický vzhled výrobků.

Běžné třídy hliníkových slitin a jejich aplikace ve vlastním mechanickém návrhu

1. Hliníková slitina 5052 – šampion v odolnosti proti korozi

• Hlavní vlastnosti : Jako slitina řady Al-Mg je 5052 nejlepší korozně odolnou hliníkovou třídou. Vyniká výjimečnou odolností proti korozi mořské vody, vysokou únavovou pevností a vynikající tvárností, díky čemuž je snadno ohýbatelná, lisovatelná a svařovatelná.
• Typické povrchové úpravy : Anodizace (pro zvýšení korozní odolnosti), nereaktivní niklování (ke zvýšení povrchové tvrdosti a estetiky), pískování (pro matný povrch) a elektroforetické nátěry (kombinují korozní ochranu a dekorativní efekt).
• Tepelné ošetření : Může být žíhána (stav O) za účelem zlepšení tvárnosti nebo stabilizována po tváření za studena (stav H32). Je třeba poznamenat, že nemůže být zesílena tepelným zpracováním.
• Použití : Ideální pro plechové díly vyžadující korozní odolnost, jako jsou skříně námořního vybavení, lodní komponenty, interiérové panely vozidel a elektrické skříně. Vynikající výkon poskytuje zejména ve vlhkých a agresivních prostředích.

2. Hliníková slitina 6061 – Univerzál

• Hlavní vlastnosti : 6061 je široce používaná tažená hliníková slitina s vyváženými vlastnostmi. Nabízí střední pevnost, vynikající obrobitelnost, dobrou odolnost proti korozi a vynikající výsledky při anodizaci, což ji činí univerzální volbou pro různé aplikace.
• Typické povrchové úpravy : Anodizace (k dispozici v barvách jako stříbrná, zelená, královská modrá a černá), chemické leštění (pro zrcadlový povrch), pískování s následnou anodizací (pro rovnoměrný matný povrch) a galvanické pokovování (ke zvýšení tvrdosti a odolnosti proti opotřebení).
• Tepelné ošetření : T6 úprava (žíhání za tepla + umělé stárnutí) pro maximální pevnost, T4 úprava (přirozené stárnutí) a žíhání za účelem odstranění napětí způsobeného zpracováním.
• Použití : Uplatnění najde v případech, kdy jsou vyžadovány jak pevnost, tak kvalita, například u rámů robotických paží, konstrukčních dílů automatizovaného zařízení, rámy kol a základů přesných přístrojů.

3. Hliníková slitina 6063 – Odborník na profily

• Hlavní vlastnosti : 6063 je nejčastěji používaná slitina pro hliníkové profily. Vyznačuje se vynikajícími vlastnostmi při tvární, což umožňuje výrobu profilů s komplexními průřezy. Nabízí také dobré výsledky povrchové úpravy a odolnost proti korozi.
• Typické povrchové úpravy : Anodizace (standardní úprava pro profily), elektroforetické nátěry (běžně používané pro profily), práškové nátěry (různé barvy a dobrá odolnost proti povětrnostním vlivům) a přenos dřevěného vzoru (dekorativní úprava).
• Tepelné ošetření : Tepelné zpracování T5 (umělé stárnutí po exkruzích) pro běžné požadavky na pevnost a tepelné zpracování T6 pro vyšší požadavky na pevnost.
• Použití : Ideální pro rámy z průmyslových hliníkových profilů, ochranné kryty zařízení, stavební dveře a okna a výstavní regály, které vyžadují komplexní průřezy a estetický vzhled.

4. Hliníková slitina 7075 – Zástupce ultra vysoké pevnosti

• Hlavní vlastnosti : 7075 je jednou z nejsilnějších komerčních hliníkových slitin, jejíž pevnost se blíží oceli. Vykazuje vynikající odolnost proti únavě materiálu, ale špatnou odolnost proti korozi, což vyžaduje povrchovou ochranu ve většině aplikací.
• Typické povrchové úpravy : Tvrdé anodické potažení (výrazně zvyšuje tvrdost povrchu), mikrooblouková oxidace (tvorba keramické vrstvy pro odolnost proti opotřebení a korozi), zinkování/chromování (pro silnou ochranu proti korozi) a epoxidové nátěry (kombinují ochranu a dekorativní efekt).
• Tepelné ošetření : Tepelné zpracování T6 pro maximální pevnost, tepelné zpracování T73 pro zlepšení odolnosti vůči napěťové korozi a tepelné zpracování T76 pro odolnost proti vrstvení koroze.
• Použití : Navrženo pro vysoké požadavky na pevnost, jako jsou letecké a kosmické komponenty, vysoce kvalitní sportovní vybavení, klíčové části robotů a formy.

5. Hliníková slitina 2A12 – Tradiční vysokopevnostní varianta

• Hlavní vlastnosti : 2A12 je dřívější vysokopevnostní slitina duroalu. Nabízí vysokou pevnost a dobrý odpor vůči teplu, ale má špatnou odolnost proti korozi a průměrné svařovací vlastnosti.
• Typické povrchové úpravy : Anodizace (povinná pro ochranu proti korozi), chemická vodivá oxidace (vhodná pro elektrické součásti) a natírání sprejem (ekonomická a praktická ochranná metoda).
• Tepelné ošetření : Řešení tepelného zpracování + přirozené stárnutí (stav T4) a řešení tepelného zpracování + umělé stárnutí (stav T6).
• Použití : Používá se v tradičních aplikacích s vysokou pevností, jako jsou konstrukční díly letadel, rámy s vysokou pevností a nosné komponenty.

Klíčové principy výběru hliníkových slitin při návrhu vlastních mechanických konstrukcí

• Provozní prostředí : Pro agresivní prostředí upřednostnit slitiny 5052 nebo 6061; pro suché prostředí jsou vhodné slitiny 2A12 nebo 7075; pro dlouhodobé použití venku vyberte slitiny 6061 nebo 6063 pro jejich odolnost proti povětrnostním vlivům.
• Požadavky na sílu : Běžné konstrukce mohou využívat slitiny 6061 nebo 6063; konstrukce s vysokou pevností vyžadují slitinu 2A12; aplikace s extrémně vysokou pevností vyžadují slitinu 7075; konstrukce odolné proti nárazům profitují ze slitiny 6061.
• Způsoby zpracování : Tažené profily jsou nejlépe vyrobeny z 6063 nebo 6061; plechové díly vhodné z 5052 nebo 6061; kované díly dobře fungují s 7075 nebo 2A12; součásti zpracovávané obráběním jsou ideální pro 6061 nebo 7075.
• Zvažování nákladů : Pro projekty citlivé na náklady jsou upřednostňovány 6063 nebo 5052; 6061 nabízí nejlepší poměr cena-výkon; 7075 je vhodné pro aplikace s vysokými požadavky na výkon; 2A12 je spolehlivou volbou pro tradiční aplikace.

Závěr